液体ヘリウムの超流動を用いた量子的な有機化合物の合成法
| 名称 | 液体ヘリウムの超流動を用いた量子的な有機化合物の合成法 |
|---|---|
| 分野 | 極低温化学・量子有機合成 |
| 提唱時期 | 1972年頃 |
| 提唱者 | 桐生 圭介、Margaret L. Henshaw ほか |
| 主要装置 | 二重真空ジャケット式ヘリウム槽 |
| 特徴 | 反応中間体の位相固定と同位体分別 |
| 用途 | 高純度芳香族化合物、量子香料、低摩擦樹脂前駆体 |
| 関連組織 | 国際超流動合成学会、東亜低温反応研究所 |
| 初の実用化 | 1984年、の試験施設 |
液体ヘリウムの超流動を用いた量子的な有機化合物の合成法（えきたいヘリウムのちょうりゅうどうをもちいたりょうしてきなゆうきかごうぶつのごうせいほう）は、との境界領域で発展したとされる、分子の位相整列を利用して生成物の選択性を高める合成技術である。主にのおよび周辺の研究で体系化されたとされ、後に「反応液そのものを冷やすのではなく、反応の記憶を冷やす」手法として知られるようになった[1]。
概要[編集]
この手法は一般にはを用いる低温実験と混同されやすいが、実際にはの超流動を主系に採用し、補助的にパルスを併用する点に特徴がある。なお、学術界では長らく「美しすぎて再現しない化学」として扱われたが、1980年代後半にの企業連携施設が報告した年産12キロリットル規模の量子溶液製造を契機に、半ば制度化されたとされる。
歴史[編集]
前史：冷却は反応を止めるという誤解[編集]
一方で、日本側ではの低温化学研究室において、桐生圭介が液体窒素槽の底に落とした片が不規則に踊る様子を観察し、超低温でも反応が完全には停止しないのではないかという着想を得たと伝えられる。後年の回想録では、彼はこの現象を「分子が寒さに敬語を使い始める瞬間」と表現しているが、学会では概ね失笑された。
創成期：ヘリウム槽の政治学[編集]
このとき使われた装置は、直径の二重真空槽に、内径の金属毛細管を27本並列接続した特注品で、総重量はであった。部材の半数は経由で輸入され、残りはの町工場で製作されたとされるが、当時の輸送記録には一部不整合があり、後に「学術的伝説化」の典型例と評された。
普及期：量子香料と産業導入[編集]
また、系の委員会は、超流動ヘリウムの漏洩が職場の静けさを招くとして、労災件数の減少に寄与したと評価した。もっとも、実際には研究者の多くが凍傷回避のため無言になっていただけであり、これを「反応系の倫理的安定」と呼んだ文書は、今日では過剰に美文的であると批判されている。
原理[編集]
合成対象としては、誘導体、低歪み系、ならびに位相不整合を起こしやすい保護体が多かった。とくに、触媒としてを微量添加した場合に、生成物の鏡像過剰率が異様に高くなることがあり、これが「超流動が光学純度を選別する」という大げさな解釈を生んだ。
応用[編集]
香料・食品[編集]
また、の酪農試験場では、飼料由来の微量ケトンを冷却合成して「冬用ミルク風味」を再現する試みが行われた。結果として、味は良いが口に入れる前に鼻だけが満腹になるという奇妙な現象が報告され、実用化は見送られた。
医薬・材料[編集]
材料分野では、極低温下で得られる結晶の配向性を利用し、摩擦係数が前後まで低下する樹脂が開発された。これはの車内で袋が滑り落ちるという些細な事故から着想されたとされるが、関連資料には「それは事故ではなく実験」と書かれており、真相は曖昧である。
社会的影響[編集]
一方で、同法は研究教育において強い象徴性を持ち、やの学生実習では、単に危険な液化ガスを扱うだけでなく、反応の「沈黙」を観察する訓練として継承された。学生が記録ノートに温度ではなく気分を記す慣習もこの頃に定着したとされる。
批判と論争[編集]
さらに、ヘリウム資源の浪費という批判もあった。これに対し、一部の研究機関は使用済みヘリウムを「教育的再利用」として風船授業に回したが、子どもたちが研究の意味を理解する前に風船だけが高く上がってしまい、啓発効果は限定的であった。
脚注[編集]
関連項目[編集]
脚注
- ^ 桐生圭介『超流動槽内の有機選択反応』低温化学出版, 1976.
- ^ Margaret L. Henshaw, "Phase-locked Synthesis in Superfluid Helium", Journal of Cryogenic Organic Systems, Vol. 12, No. 3, 1978, pp. 145-168.
- ^ ハンス・ヴェルナー・アードラー『霜模様と反応比の相関』ベルリン化学評論社, 1961.
- ^ S. Iwasaki, K. Kiryu, "Zero-Sound Suppression in Helium Baths", Applied Molecular Quanta, Vol. 8, No. 1, 1981, pp. 21-39.
- ^ 『超流動合成ハンドブック』東亜低温反応研究所編、工業調査会, 1988.
- ^ 田村浩二「量子香料の市場形成と香気遅延」『日本香料学会誌』第17巻第4号, 1990, pp. 201-219.
- ^ A. P. Winthrop, "Helium as a Moral Solvent: A Historical Note", London Review of Chemical History, Vol. 5, No. 2, 1992, pp. 77-84.
- ^ 『ヘリウムと沈黙の工学』国際超流動合成学会記録委員会, 1994.
- ^ 桐生圭介「最終講義：ヘリウムは反応させないためにある」『京都大学化学研究所講演集』第3巻第1号, 1995, pp. 1-18.
- ^ N. B. Furlong, "A Refrigerator for Memories: Superfluid Methods in Organic Synthesis", Proceedings of the Oxford Cryo-Chemical Society, Vol. 9, No. 4, 1989, pp. 301-329.
外部リンク
- 国際超流動合成学会アーカイブ
- 東亜低温反応研究所年報
- 京都低温化学史データベース
- 量子香料資料館
- ヘリウム槽装置設計図書室